车用燃料电池发动机热管理系统研究 (液冷模型)
关于新能源汽车的热管理系统的设计与优化研究
02
鼓励多学科背景的专家学者和企业界人士开展跨学科合作，共
同推动新能源汽车热管理系统的创新与发展。
政策支持
03
政府加大对新能源汽车热管理系统研究与开发的支持力度，通
过制定相关政策和提供资金支持，推动行业技术进步。
06
结论
研究工作总结
1 2 3
热管理系统重要性
新能源汽车的热管理系统对于车辆性能与寿命具 有决定性的影响，因此本研究工作聚焦于设计与 优化这一关键系统。
开展实证研究
与汽车制造商合作，在实际生 产环境中验证热管理系统的性 能与稳定性。
培养专业人才
通过培训与学术交流，培养更 多具备跨学科背景和专业技能 的研究人员，为未来工作提供
有力支持。
THANKS
感谢观看
研究目的和意义
01
02
03
提升效率
通过热管理系统的设计与 优化，降低新能源汽车的 能耗，提高能源利用效率 。
增强竞争力
优化后的热管理系统能够 提高新能源汽车的整体性 能，从而增强其在市场中 的竞争力。
促进可持续发展
本研究有助于推动新能源 汽车产业的可持续发展， 为环保事业作出贡献。
02
热管理系统设计
热管理系统设计原则
高效热管理
轻量化设计
热管理系统应确保新能源汽车在高、低温 环境下均能高效运行，保持电池、电机等 核心部件在适宜的工作温度范围内。
为满足新能源汽车的节能需求，热管理系 统应采用轻量化材料和设计，以降低系统 自身能耗。
可靠性
易于维护
热管理系统应具备高可靠性，确保在各种 恶劣工况下都能正常工作，保障车辆安全 。
综合运用了机械工程、热力学、控制理论等多个学科的知识，成 功解决了热管理系统中的多个技术难题。
新能源汽车热管理系统分析报告
新能源汽车热管理系统分析报告投资聚焦研究背景汽车电动化浪潮下，新能源汽车热管理系统的需求高增长；与传统汽车热管理系统相比，新能源汽车热管理系统的单车价值量更高。
我们在本篇报告中深度研究了汽车电动化浪潮下热管理行业的变化，并结合分析推导出投资策略。
创新之处（1）在本报告中，我们从空调系统、电池热管理系统及整体解决方案三个方面，对电动车和传统燃油车热管理系统的异同进行了定性和定量分析，进而对电动车热管理系统的市场需求进行了测算。
（2）本报告投资策略的标的选择范围更广，我们在A股和新三板两个市场中选择优质标的。
投资观点汽车电动化趋势下，热管理行业迎来变革期。
微观角度来看，与传统燃油汽车相比，电动车热管理系统的变化包括：（1）热管理模块新增电池热管理系统、电机电控热管理系统等；（2）空调系统动力源由发动机变为电能，系统复杂程度明显提升；（3）热管理整体解决方案需更加重视功能实现和能耗管理的平衡。
以上变化反应在行业层面为：（1）热管理系统的单车价值量明显提升，行业空间也相应增加；（2）行业格局或将出现变化。
根据我们的测算，2020年全球电动车热管理系统需求约300亿元，CAGR约50%，其中，中国市场需求约125亿元（CAGR44%），海外市场需求约175亿元（CAGR59%）。
我们认为在汽车电动化浪潮中，既有的汽车热管理竞争格局已有松动迹象，国内企业存在弯道超车的可能性。
我们首次给予汽车热管理行业“买入”评级，建议关注：1、A股：三花智控（002050.SZ，全球空调阀门龙头）、奥特佳（002239.SZ，汽车空调压缩机龙头）、松芝股份（002454.SZ，客车空调龙头）、银轮股份（002126.SZ，汽车热交换器龙头）、中鼎股份（000887.SZ，密封件龙头）等；2、新三板：昊方机电（831710.OC）、瑞阳科技（834825.OC）等。
风险因素（1）新能源汽车政策变化影响行业发展的风险：新能源汽车行业仍在早期发展阶段，政策会对行业发展产生较大影响，若监管部门发布相关政策，可能会冲击行业发展。
混合动力车用镍氢电池的液体冷却系统
２ ９
Ｄｓ ｅ －ｚｄ系列镍氢 电 池 作 为基 体 ， 部 加 装 壳 体 ， ｉ 外 紧 密配 合构成 冷却 流 道 ， 们 之 间通 过 沿 圆周 均 布 的 它 四条肋 连接 固定 ， 为防 止 电池 脱落 ， 可使 用绝 缘胶 加
畅． 电池单 体之 间 的 串联 通 过 电池 连 接 片 按 次序 连
究 的基 础上 ， 出 了一 套热 管 理 系统设 计 的新思 提
２ 液体 冷 却 系统 的结构 设 计
２ １ 电池 单体结构 ．
路， 采用套管式蒸 发器 的 电池 液体冷却 系统． 系 统 该
具有既高效又经济的特点． 如 图 １ 示为 电池 组 液体 冷 却 系统 示 意 图． 所 整
收 稿 日期 ： ０ ８０ —０ ２ ０ —６３
图 ２为单体 电池结 构示 意图． 选用 松下 ２Ａ ０ ｈ的
作者简介 ： 吴忠杰 （ ９４ ）男 ， １８ 一 ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为动力 电池热管理系统研究
第 ４期
吴忠杰 ， ：混 合动力车用镍 氢电池的液体 冷却 系统 等
运 行 温度 范 围．
关键词 ： 镍氢电池 ； 电动汽车 ； 电池热管理 系统 ； 夹套式液体冷却
中图 分类 号 ： ２０ ３ １ Ｕ ７．８ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ７７ ６ （０８ ０ － ２ － １０ —１２ ２０ ）４０ ８０ ０ ４
随着 能源 和环境 问题 的 日益 严 峻 ， 为 环保 节 作 能型汽 车出现 的混合 动力 车 ， 疑 是 汽 车行 业 中一 无
温度 ， 这就在 电池模 块 内部各 个 单体 电池之 间产生
了非 常严重 的不均 衡 温度 分 布 ， 而造 成 电池 之 间 从
《基于FCV的动力电池热管理系统研究》范文
《基于FCV的动力电池热管理系统研究》篇一基于FCV（燃料电池汽车）的动力电池热管理系统研究一、引言随着新能源汽车的快速发展，FCV（燃料电池汽车）以其高效、环保的特性逐渐成为汽车行业的研究热点。
而动力电池作为FCV的核心部件，其性能和安全性直接关系到整车的运行效果。
其中，动力电池热管理系统的研究显得尤为重要。
本文将针对基于FCV的动力电池热管理系统进行深入研究，以期为相关研究提供参考。
二、动力电池热管理系统的基本原理动力电池热管理系统主要通过控制电池的温升、散热和保温等过程，确保电池在适宜的温度范围内运行，从而提高电池的性能和安全性。
该系统主要包括冷却系统、加热系统、温度传感器和控制系统等部分。
三、FCV动力电池热管理系统的特点FCV动力电池的热管理系统相较于传统电动汽车有着其独特的特点。
首先，由于燃料电池的反应产热较大，因此对散热要求更高；其次，由于FCV的运行环境和行驶工况的变化，其热管理系统的适应性更强；最后，为了提高动力电池的寿命和性能，需要采取更为精细化的热管理策略。
四、基于FCV的动力电池热管理系统研究1. 冷却系统研究冷却系统是动力电池热管理系统的核心部分。
针对FCV的特点，研究者们提出了一系列创新的冷却策略。
例如，采用液冷技术，通过液体在电池间的循环流动，带走电池产生的热量；同时，根据电池的工作状态和温度变化，实时调整冷却液流量和温度，以实现精准的散热控制。
2. 加热系统研究在低温环境下，动力电池的充放电性能会受到影响。
因此，加热系统在FCV动力电池热管理系统中也扮演着重要角色。
研究者们通过采用电阻加热、PTC加热等方式，为电池提供适宜的工作温度。
同时，为了实现节能和环保的目的，研究者们还在探索更为高效的加热技术和材料。
3. 温度传感器和控制系统研究温度传感器是动力电池热管理系统的“眼睛”，能够实时监测电池的温度变化。
而控制系统则是根据温度传感器的数据，对冷却系统和加热系统进行控制，以实现精确的温度控制。
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真1. 引言在当今汽车行业的发展中，新能源汽车作为一种环保、节能的交通工具，备受人们的青睐。
而燃料电池混合动力系统作为新能源汽车的重要动力系统之一，在汽车工程领域也备受关注。
本文将从燃料电池混合动力系统建模与能量管理算法仿真两个方面展开讨论，以帮助读者深入了解该领域的相关知识。
2. 燃料电池混合动力系统建模2.1 系统组成与工作原理燃料电池混合动力系统是由燃料电池、储能装置、电动机等多个组成部分组合而成的，其工作原理是将氢气和氧气在燃料电池中进行电化学反应，产生电能驱动电动机，从而推动汽车运行。
2.2 系统建模方法在进行系统建模时，我们通常采用物理建模和数学建模相结合的方式，利用计算机软件对系统进行仿真分析，以获得系统在不同工况下的性能参数。
3. 能量管理算法仿真3.1 能量管理算法的意义能量管理算法是燃料电池混合动力系统中至关重要的一环，其合理的控制策略能够最大程度地提高系统的能量利用率，延长储能装置的使用寿命，同时提高汽车的燃料经济性。
3.2 常用的能量管理算法目前常用的能量管理算法包括PID控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等，它们各有优劣，需要根据具体应用场景进行选择。
4. 个人观点与总结个人认为，燃料电池混合动力系统的发展前景广阔，但也面临着一系列挑战与机遇。
在未来的研究中，需要深入探讨系统建模与能量管理算法的优化与创新，以实现系统的高效、稳定运行，从而推动新能源汽车行业的健康发展。
在本文中，我对燃料电池混合动力系统建模与能量管理算法仿真进行了深入探讨，并结合个人观点进行了总结，希望能够为读者提供一定的参考价值。
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真对新能源汽车行业的重要性无可否认。
随着环保意识的增强和能源问题的日益突出，新能源汽车已成为未来汽车发展的必然选择，而燃料电池混合动力系统作为其中一种重要的动力系统，其在汽车工程领域的发展备受重视。
对该领域的研究与探讨具有重要意义。
2023电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分：液冷系统
电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分：液冷系统1 范围本文件规定了电动汽车动力蓄电池（以下简称“电池”）液冷系统的技术要求及试验方法。
本文件适用于电动汽车动力蓄电池液冷系统及其零部件。
本文件不适用于电动汽车动力蓄电池直冷系统。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2408—2008 塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法GB/T 2828.1—2012 计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 GB 38031—2020 电动汽车用动力蓄电池安全要求 QC/T 468—2010 汽车散热器 3 术语和定义QC/T XXXX.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
液冷系统 cooling system采用冷却液（比如乙二醇的水溶液）作为换热介质对电池系统进行冷却的系统，一般由液冷板、液冷管、接头、进出口总成等零部件组成，如图1所示。
图1 液冷系统示意图液冷板 cooling plate利用换热介质对电池进行冷却或加热的结构件。
液冷管 cooling pipeline引导换热介质流向液冷板的管路。
接头 jointer连接液冷板与液冷管的部件。
液冷管进出水口总成液冷板接头流阻flow resistance冷却液流过液冷系统受到的阻力损失。
4 要求一般要求4.1.1 外观液冷系统各零部件外观应整洁、无损伤，标识应清晰。
4.1.2 尺寸、重量液冷系统各零部件的尺寸、重量应满足技术图纸要求。
流阻按照5.4进行流阻试验后，液冷系统的流阻应满足制造商的技术要求。
安全性能4.3.1 密封性按照5.5进行密封性试验后，应满足以下要求之一：a)湿检：应无肉眼可见的气泡；b)干检：泄漏量应不大于2.5 mL/min；4.3.2 阻燃按照5.6进行阻燃试验后，液冷系统的非金属件应满足水平燃烧HB级。
动力电池热管理技术的研究进展
动力电池热管理技术的研究进展在当今的能源转型时代，电动汽车作为可持续交通的关键组成部分，其性能和可靠性在很大程度上取决于动力电池的表现。
而动力电池的性能又受到温度的显著影响，因此，动力电池热管理技术成为了电动汽车领域的研究热点之一。
动力电池在工作过程中会产生大量的热量，如果不能有效地进行散热，电池温度会迅速升高，这不仅会降低电池的性能和寿命，甚至可能引发安全问题，如热失控。
相反，如果电池温度过低，也会影响其充放电效率和性能。
因此，高效的热管理系统对于确保动力电池在适宜的温度范围内工作至关重要。
目前，常见的动力电池热管理技术主要包括风冷、液冷和相变材料冷却等几种方式。
风冷技术是较为简单和成本较低的一种热管理方式。
它通过风扇将冷空气引入电池包内部，带走电池产生的热量。
然而，风冷技术的散热效率相对较低，对于高功率、高能量密度的电池系统，往往难以满足散热需求。
而且，风冷方式受环境温度和车速等因素的影响较大，在极端条件下可能无法有效地控制电池温度。
液冷技术则是目前应用较为广泛的一种热管理方法。
通过冷却液在电池包内的循环流动，将热量带走。
冷却液通常具有较高的比热容和热导率，能够实现更高效的散热。
液冷系统可以根据电池的温度分布，精确地调节冷却液的流量和温度，从而实现对电池温度的精确控制。
此外，液冷技术还具有较好的适应性，能够满足不同类型和功率的电池系统的散热需求。
但液冷系统的结构相对复杂，成本较高，且存在冷却液泄漏的风险。
相变材料冷却技术是一种较新的热管理思路。
相变材料在相变过程中能够吸收或释放大量的潜热，从而实现对电池温度的调节。
当电池温度升高时，相变材料吸收热量并从固态转变为液态；当电池温度降低时，相变材料释放热量并从液态转变回固态。
这种技术具有温度控制平稳、无需额外的动力源等优点，但相变材料的热导率相对较低，可能会限制其散热速度，而且相变材料在多次相变后性能可能会下降。
除了上述几种常见的热管理技术，近年来还出现了一些新的研究方向和技术创新。
新能源整车热管理（三）：电池系统热管理
新能源整车热管理（三）：电池系统热管理动⼒电池作为新能源汽车的主要动⼒源，其对新能源汽车的重要性不⾔⽽喻。
在实际的车辆使⽤过程中，电池会的⾯临的使⽤⼯况复杂多变。
为了提⾼续航⾥程，车辆需要在⼀定的空间内布置尽可能多的电芯，因此车辆上电池包的空间⾮常有限。
电池在车辆运⾏过程中产⽣⼤量的热量且随着时间的累积在相对狭⼩的空间内内积聚。
由于电池包内电芯的密集堆放，也在⼀定程度上造成中间区域散热相对更困难，加剧了电芯间的温度不⼀致，其结果会降低电池的充放电效率，影响电池的功率；严重时还会导致热失控，影响系统的安全性和寿命。
动⼒电池的温度对其性能、寿命、安全性影响很⼤。
在低温下，锂离⼦电池会出现内阻增⼤、容量变⼩的现象，极端情况更会导致电解液冻结、电池⽆法放电等情况，电池系统低温性能受到很⼤影响，造成电动汽车动⼒输出性能衰减和续驶⾥程减少。
在低温⼯况下对新能源车辆进⾏充电时，⼀般BMS先将电池加热到适宜的温度再进⾏充电的操作。
如果处理不当，会导致瞬间的电压过充，造成内部短路，进⼀步有可能会发⽣冒烟、起⽕甚⾄爆炸的情况。
电动汽车电池系统低温充电安全问题在很⼤程度上制约了电动汽车在寒冷地区的推⼴。
电池热管理是BMS中的重要功能之⼀，主要是为了让电池组能够始终保持在⼀个合适的温度范围内进⾏⼯作，从⽽来维持电池组最佳的⼯作状态。
电池的热管理主要包括冷却、加热以及温度均衡等功能。
冷却和加热功能，主要是针对外部环境温度对电池可能造成的影响来进⾏相应的调整。
温度均衡则是⽤来减⼩电池组内部的温度差异，防⽌某⼀部分电池过热造成的快速衰减。
如表1所⽰，通常我们期望电池在20~35℃的温度范围内⼯作，这样能实现车辆最佳的功率输出和输⼊、最⼤的可⽤能量，以及最长的循环寿命。
表1 动⼒电池温度特性⼀般来说，动⼒电池的冷却模式主要分为风冷、液冷和直冷三⼤类。
风冷模式是利⽤⾃然风或者乘客舱内的制冷风流经电池的表⾯达到换热冷却的效果。
液冷⼀般使⽤独⽴的冷却液管路⽤来加热或冷却动⼒电池，⽬前此种⽅式是冷却的主流，如特斯拉和volt均采⽤此种冷却⽅式。
燃料电池汽车热环境中换热部件及热管理系统性能研究
万方数据
万方数据
摘要
燃料电池汽车热环境中换热部件及热管理系统性能研究
摘要
燃料电池汽车（Fuel cell vehicle, FCV）的发热规律与其它动力源汽车 的差异较大，这给热管理系统带来了诸多挑战和难题。首先，燃料电池工 作温度较低，所有废热（总能量的 41%-62%）都由热管理系统排出。其热 管理系统的可利用换热温差小，而热负荷是内燃机冷却系统热负荷的 2.5-3 倍。其次，燃料电池汽车中电气部件多且温控要求高。热管理系统需对多 部件进行精确的冷却控温。此外，为节省前舱空间，多个换热器在气流方 向上串并联成模块。由于换热器空气侧的热耦合关系，各换热器所在的热 管理子系统的运行性能可能恶化。因此，有必要基于燃料电池汽车的热环 境，全面深入研究相关部件、模块及系统中的多种介质（空气、冷却液、 制冷剂）的传热流动规律，为热管理系统的匹配设计和性能优化提供依据， 使其能满足 FCV 严苛的散热及温控要求。本文通过建模仿真结合实验方法， 进行换热部件、散热模块及热管理系统的性能研究。主要内容及成果如下：
一、关键换热部件的传热流动性能研究。首先，针对动力控制单元冷 板，利用三维仿真方法，研究了不同形状、直径、高度、间距的肋柱阵列 对其流动传热性能的影响，获得了兼顾传热、流动及壁温的冷板结构，使 其能以较小功耗，对动力控制单元进行冷却控温。其次，针对单元平行流 换热器，通过实验发现：在液侧雷诺数[700,4000]内，冷却液在管内小通道 （1mm<D<3mm）内流态转变的临界雷诺数 Rec=1800。据此，提出关联式 准确描述小通道内传热流动规律，实现了 FCV 工况范围内的散热器高精度 性能计算。然后，针对多元平行流冷凝器，建立制冷剂侧不均匀流模型。 经实验验证，不均匀流模型的计算精度远高于均匀流模型。应用该模型， 分析了冷凝器宽高比、流程安排以及制冷剂质量流量对性能的影响。这为 FCV 空调冷凝器的结构优化和性能预测提供理论指导。最后，建立了板翅 式液-空中冷器模型，可准确预测 FCV 中的小流量中冷器传热流动性能。这
燃料电池动力系统的建模与仿真研究
燃料电池动力系统的建模与仿真研究燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有高效、无污染、静音等优点，因此被广泛应用于车辆动力系统。
燃料电池动力系统的建模与仿真研究，对于优化系统设计、提高燃料利用率、降低排放物排放等方面具有重要的意义。
燃料电池动力系统的建模是通过对系统各个组件进行数学描述，从而实现对系统行为和性能的模拟和预测。
其主要包括对燃料电池堆、氧化剂循环系统、水循环系统、燃料处理系统等组件的建模。
其中，燃料电池堆的建模是燃料电池动力系统建模的核心，通过考虑质量、能量和动量等方面的平衡，以及燃料电池本身的特性，可以准确地描述燃料电池的工作过程和性能特点。
燃料电池动力系统的仿真研究则是通过建立的模型进行实际运行情况的模拟和预测。
在仿真过程中，可以通过调节输入参数、改变工况条件等来观察系统的响应和性能变化，从而对系统进行优化设计和性能评估。
通过仿真，可以评估燃料电池动力系统的整体性能，如功率输出、效率、响应时间等，以及各个组件的工作状态和相互之间的相互影响。
燃料电池动力系统的建模与仿真研究可以通过多种方法来实现。
一种常用的方法是通过建立基于物理方程的数学模型，如质量守恒、能量守恒、动量守恒等方程，结合实验数据进行参数拟合，从而获得更加准确的模型。
另外，还可以利用人工智能方法，如神经网络、遗传算法等来对系统进行建模和优化，以提高模型的准确性和仿真的效率。
燃料电池动力系统的建模与仿真研究对于推动燃料电池技术的发展具有重要的意义。
通过建立准确的数学模型并进行仿真分析，可以发现系统的潜在问题和瓶颈，并针对性地进行改进和优化。
此外，通过仿真可以降低实验成本和时间，加快燃料电池动力系统的研发进程。
因此，建立完善的燃料电池动力系统建模与仿真平台，将对推动燃料电池技术的商业化和应用具有重要的促进作用。
燃料电池系统热管理技术优化与节能研究
燃料电池系统热管理技术优化与节能研究燃料电池是一种利用化学能直接转换为电能的装置，其具有高效能量转换、零排放特性，被视为未来清洁能源的关键技术之一。
燃料电池系统的热管理技术是提高系统效率和稳定性的重要因素之一。
本文将重点探讨燃料电池系统热管理技术的优化与节能研究。
燃料电池系统的热管理是指控制和优化燃料电池系统中产生和转移的热量，以保证系统的正常运行和最高效的能量转换。
燃料电池系统的热管理涉及多个方面，包括燃料电池堆的散热、制冷与加热技术、热回收与再利用等。
首先，燃料电池堆的散热是系统热管理技术的关键环节之一。
燃料电池堆产生的热量需要及时散发出去，否则会导致堆温度过高，影响系统的性能和寿命。
目前常用的散热方式有气冷和液冷两种。
气冷散热主要通过风扇或风道进行，简单易行，但效果受到环境温度和空气流动情况的限制。
液冷散热则通过流体来吸收和传递热量，具有更好的热传导效果和适应能力。
优化燃料电池堆的散热系统，可以提高系统的热管理效果，进而增加系统的效率和可靠性。
其次，制冷与加热技术是燃料电池系统热管理的另一个重要方面。
燃料电池系统在不同工况下需要进行制冷或加热，以保持堆温度在适宜的范围内。
制冷主要通过制冷剂的循环来达到降温的效果，而加热则是通过电加热元件或燃料处理系统的余热进行。
优化制冷与加热技术可以提高燃料电池系统整体的热管理效果，减少能量损失，提高系统性能。
另外，燃料电池系统的热回收与再利用也是节能研究的重点之一。
燃料电池产生的热量通常被视为废热，可以通过热回收技术进行有效利用。
其中一种常见的热回收技术是利用燃料电池排出的废气和废水中的热量进行加热或制冷。
通过热回收技术，可以降低系统的能量消耗，提高能源利用效率，实现节能减排的目标。
在燃料电池系统热管理技术的优化与节能研究中，还可以应用一些先进的控制策略与算法。
例如，采用模型预测控制算法可以对燃料电池系统进行模型化建模与优化控制，实时调节热管理系统的运行状态。
燃料电池系统的建模与控制
燃料电池系统的建模与控制一、燃料电池系统简介燃料电池系统是一种将氢气和氧气反应产生电能的清洁能源系统。
它通过水的电解来获取氢气，再将氢气和氧气在燃料电池中反应产生电能，同时产生的废水和二氧化碳可以直接排放，对环境无害。
二、燃料电池系统建模建立燃料电池系统的数学模型是进行系统控制和优化的基础。
燃料电池系统的数学模型一般包括以下几个方面：电池堆模型、水管理模型、气体管理模型和传热传质模型。
1. 电池堆模型电池堆是燃料电池系统的核心部分，它将氢气和氧气反应产生电能。
电池堆模型的主要目的是预测电池堆的电压、效率和功率输出，同时预测电池堆的温度分布。
电池堆模型可以利用氢气流量、氧气流量、电池温度和电池压降等变量建立。
根据电池反应的化学方程式，可以计算出燃料消耗量和反应生成的水。
同时，在考虑电池堆的能量转换的情况下，可以通过建立传热传质模型来计算电池温度和温度分布。
2. 水管理模型在燃料电池中，由于水分的形成，会产生液态水和水蒸气。
液态水可以导致燃料电池系统的水浸和燃料阻塞等问题。
因此，水管理模型是燃料电池系统建模中必不可少的一部分。
水管理模型一般包括液态水、水蒸气和冷凝水三个方面。
其中，液态水模型可以根据水的平衡方程来建立，水蒸气模型可以利用气相的传热传质过程来建立，而冷凝水模型可以通过热传递方程式求解。
3. 气体管理模型燃料电池系统中氢气和氧气的流量对电池堆的工作状态有着重要的影响。
因此，气体管理模型是燃料电池系统建模中的一个重要方面。
气体管理模型可以通过建立燃料气体和氧气气体在管道中的传输模型来完成。
通常，气体的流量、压力和温度等因素会影响气体传输的速度和方向。
可以利用质量守恒方程和热力学方程来建立气体管道的模型。
4. 传热传质模型燃料电池系统中的热量传递是一个复杂的过程，涉及到燃料电池堆、气体管道、水分和氧气流量等多个方面。
传热传质模型的作用是预测系统中各个部分的温度分布和热量传递。
其中，热量传递可以通过建立传热方程式来计算，在燃料电池堆部分，热量的传递主要在氧化层和还原层之间进行。
燃料电池发动机热管理之冷却系统
一、设计输入（假设、计算用）
其中：电堆功率是指燃料电池能够输出的功率
最高出水温度对应散热器最高进水温度
最高进水温度对应散热器最高出水温度，即散热器必须将冷却介质将至60℃以下
空间尺寸非散热器有效散热尺寸，需考虑安装、储水等零部件占据空间
———————————————————————————————————————二、电堆所需散热量计算
氢氧燃料电池阳极反应式为：
Anode：H2→2H+ + 2e-
放出两个电子可变成电能，而放出电子所带电量为：
-2 N e= -2 F 注：负值表示放出能量
式中 N：阿伏伽德罗常数；e：一个电子所带电量；F：法拉第常数
由上式知道转换得到的电功为：△gf = -2 F * E → E=△gf /（-2 F）
式中△gf：吉布斯自由能
若氢燃料所有的能量，都转变为电能，则电动势为： E=△gf /（-2 F）
查询相关资料（氢气吉布斯自由能和法拉第常数具体数值），计算得E=1.48V（单位摩尔）搜集现有电堆测试所得电动势， E值约为0.65V，即可得此燃料电池电堆效率约为44%
结合上述假设电堆有效功率为50KW，则所需散热量约为65KW；
则散热器所需散热量为65KW（最大流量下目标值）
---PS:
现有电堆的效率水平在45%附近，若无电堆实测值，可按此经验值计算。
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新能源汽车热管理方案及应用效果分析
精 品JINGPIN新能源汽车热管理方案及应用效果分析■谢军 林明松广西交通职业技术学院汽车工程系 广西南宁 530216摘 要：空调热管理是通过制冷、制热策略来调节驾驶舱温度，是新能源汽车整车热管理的重要部分。
文章分析了新能源汽车双压缩机制冷空调系统、液冷式动力电池冷却系统工作原理，认为两类热管理方案各有优点，可按需所选。
关键词：新能源汽车；热管理；空调引言现阶段，我国新能源汽车主要指纯电动汽车、插电式混合动力汽车和氢燃料电池汽车，由于燃料电池的技术相对不成熟，市场新能源汽车主要以纯电动汽车和混合动力汽车为主。
整车热管理是从系统的角度去研究整车的传热介质流场以及整车换热过程中所涉及的子系统，包含空调热管理、动力总成热管理，不同的车型由于动力总成不同，空调的设计方案以及整车热管理系统存在很大差别。
1.新能汽车空调系统相对于传统汽车，新能源汽车在能源供给系统上有很大差别，增加或替换为电能驱动装置。
传统汽车空调采用发动机皮带驱动压缩机工作，实现空调制冷；制热则主要依靠发动机冷却水作为热源，为乘客舱提供制暖。
新能源汽车由于采用电能驱动，在压缩机工作方式、乘客舱供暖都需要新的方案，同时，还需要考虑温度对动力电池性能的影响、对电机控制器总成以及驱动电机总成的影响，空调系统或整车热管理系统多考虑的因素就更为复杂。
1.1双压缩机制冷空调系统双压缩机制冷空调系统用于混合动力车辆空调系统，空调管路、工作原理与传统汽车空调制冷系统基本一致，发动机驱动机械压缩机，电动压缩机由车辆高压电池供电驱动。
纯电模式下，发动机不工作，空调系统使用电动压缩机；发动机工作后，机械带动压缩机传动效率更高，由发动机驱动机械压缩机工作。
为了避免两个压缩机相互干扰，用两个单向阀隔离。
整车动力控制系统能实时监测动力电池的电量，电量不足时，启动发动机驱动车辆，同时为动力电池充电。
乘客舱供暖采用发动机冷却液和PTC加热器实现，在发动机冷却液温度较低时，完全由PTC加热器加热冷却液，发动机工作后，冷却液温度逐渐升高，PTC加热器逐渐降低功率，直至停止工作。
电动汽车的热管理系统研究与应用
电动汽车的热管理系统研究与应用在当今的汽车领域，电动汽车正以其环保、高效的特点逐渐成为主流。
然而，与传统燃油汽车相比，电动汽车面临着一系列独特的技术挑战，其中热管理系统的优化就是一个关键问题。
热管理系统对于电动汽车的性能、续航里程、电池寿命以及安全性都有着至关重要的影响。
电动汽车的热管理系统主要包括电池热管理、电机热管理和电子设备热管理等几个部分。
电池作为电动汽车的核心部件，其性能和寿命在很大程度上取决于工作温度。
当电池温度过高时，不仅会降低充放电效率，还可能引发热失控，从而造成安全隐患；而温度过低时，电池的活性会下降，同样会影响续航里程和性能。
因此，有效的电池热管理系统至关重要。
目前，常见的电池热管理方式主要有风冷、液冷和相变材料冷却等。
风冷系统结构简单、成本较低，但散热效果相对有限，适用于一些小型电动汽车或对性能要求不高的车型。
液冷系统则通过冷却液在电池模组中的循环流动来带走热量，散热效率高，能够较好地控制电池温度，但系统复杂度和成本也相对较高。
相变材料冷却利用材料在相变过程中吸收或释放大量热量的特性，来实现电池温度的稳定，但目前仍存在一些技术难题需要解决，如相变材料的耐久性和传热效率等。
电机作为电动汽车的动力源，在工作过程中也会产生大量的热量。
高效的电机热管理系统能够确保电机在适宜的温度范围内运行，提高电机的效率和可靠性。
对于电机的冷却，通常采用水冷或油冷的方式。
水冷系统通过在电机外壳内设置水道，让冷却液循环流动来散热；油冷系统则利用冷却油直接接触电机绕组等发热部件，具有更好的散热效果，但需要解决油的密封和回收等问题。
除了电池和电机，电动汽车中的电子设备如控制器、充电器等在工作时也会产生热量。
这些电子设备的热管理相对较为简单，一般通过风冷或自然散热的方式即可满足要求。
但随着电动汽车智能化程度的不断提高，电子设备的功率密度也在增加，对于散热的要求也越来越高，未来可能需要更加高效的热管理技术。
先进的热管理系统优化发动机温控的关键技术
先进的热管理系统优化发动机温控的关键技术随着汽车行业的不断发展，发动机的性能和效率要求也越来越高。
在发动机运行过程中，温度管理是至关重要的一项技术，它对于发动机的性能、寿命和排放控制有着重要的影响。
为了满足这一需求，先进的热管理系统被广泛应用于汽车发动机中，以优化发动机的温控性能。
本文将介绍几项关键的技术，包括液冷散热器、风扇控制、温度传感器和热管理算法等。
一、液冷散热器液冷散热器是发动机冷却系统中的核心组件，它通过将发动机产生的热量传递给循环冷却液，并通过冷却液循环来实现发动机的降温。
先进的液冷散热器采用了先进的材料和设计，以提高散热效能。
例如，采用高导热材料制造的散热片可以提高散热面积和热传导效率；同时，优化的管道设计和流体动力学特性可以提高冷却液的流动性能，实现更好的散热效果。
二、风扇控制风扇是发动机温控系统中另一个重要的组成部分。
它通过将外界冷空气吹向发动机，实现发动机的降温。
先进的风扇控制技术可以根据发动机的温度、负载和运行状态等因素自动调节风扇的转速。
例如，在发动机运行较热时，风扇可以以较高的转速运转，以增加进气量和降低温度。
而在发动机运行较冷时，风扇可以以较低的转速运转，以减少能耗和噪音。
三、温度传感器温度传感器是发动机温控系统中的关键部件，它可以实时监测发动机的温度变化，并将数据传输给控制单元。
这些数据可以用于调节液冷散热器和风扇的工作状态，以实现发动机温度的精确控制。
目前，先进的温度传感器采用了高精度的传感技术，可以在极端条件下提供可靠的温度数据，并具有快速响应和稳定性的特点。
四、热管理算法热管理算法是发动机温控系统中的核心技术，它通过对温度传感器和其他传感器的数据进行分析和处理，来实现发动机温度的智能调节。
先进的热管理算法可以根据发动机的工况、环境条件和驾驶习惯等因素，实现温度的精确控制和优化。
例如，在发动机怠速或低负载运行时，热管理算法可以降低液冷散热器和风扇的工作强度，以减少能耗和噪音；而在高负载或高温环境下，热管理算法可以自动增加散热和冷却的效果，以保障发动机的正常工作。
燃料电池电动汽车原理与技术 第六章 燃料电池电动汽车热管理系统
6.1 燃料电池发动机热管理 温度对燃料电池的影响：
燃料电池汽车产业链示意图
6.1.1 燃料电池热管理系统的结构 燃料电池热管理系统的布置方式对热管理的控制方式和控制效果有着非常重要的影响，传统的燃
料电池系统结构主要由电堆、循环水泵、散热器、补偿水箱、冷却水管、节温器、去离子器等。其中水 泵负责冷却管路内冷却液循环；节温器是用来控制冷却系统的大小循环；散热器是冷却液与外界环境热 交换的装置；去离子器是降低冷却液电导率的装置。
6.4.1 整车热管理系统目标
整车热管理是从整车角度统筹车辆发动机、空调、电池、电机等相关部件及子系统相关匹配、优化 与控制，有效解决整车热相关问题，使得各功能模块处于最佳温度工况区间，提高整车经济性和动力 性，保证车辆安全行驶。
整车热管理系统的目标： 安全：更好的机舱热保护，防止机舱自燃，电池热失控、电机退磁等；优化电池、电机冷却策略， 提高整车安全性能；满足除霜除雾安全法规需要。 节能：降低热管系统能耗、提高纯电续驶里程；减少机舱进气，降低风阻；优化发动机本体热保护， 降低油耗；发动机进气保护，获得更好的油耗经济性。 经济：优化冷却模式，降低冷却模块成本。 耐久：合理的温度管理，防止零部件过高出现性能衰退。 舒适：更好的冷却系统，提高空调降温、采暖性能，提供更好的乘员舱舒适性。
压气态
水泵
包
阀、蒸发器、电池热交换器、储液罐、管路和控制
循环
膨胀阀 膨胀阀
系统组成，制冷剂在循环流动过程中的相变过程实 现热量的转移。
储液干燥剂
中温高压混合态
双蒸发器空调 – 动力电池冷却系统原理图
6.4 整车热管理系统性能测试评价
燃料电池汽车整车热管理测试评价是整车开发及应用过程中的重要一环，由于所涉及到 的部件目前仍处于技术初始阶段，因此其体系目前还在发展和完善过程中，因此燃料电池汽 车的整车热管理系统测试评价重点结合了传统汽车和新能源纯电动汽车的国内外标准及发表 的研究成果来进行对标，完成燃料电池整车热管理的测试评价。
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冷却水流经燃料电池堆带走的热量为
ｑ，＝（ｈＡ）。Ａｔ。一
Ｔ １个
（ｈＡ）。（Ｔ一三旦Ｌ｝三韭），
（２）
厶
式中，Ｔ为电池堆温度，单位为Ｋ；（ｈＡ）。为电池堆
传热参数，本计算中为６ ０００ Ｗ／Ｋ。
当电池堆处于热平衡状态时，则毒＝奇，。 式（１）中电池电压Ｖｋ的计算采用半经验模型， 其经验参数取自参考文献Ｅｌｏ一１１］中，是由某活化面 积为２３２ ｃｍ２，Ｎａｆｉｏｎｌｌ７型质子交换膜燃料电池的
Ｖｆｃ＝Ｅ＋啦。。＋啪ｈＩｎ，
（３）
式中，Ｅ，啦¨啦ｈ分别为电池开路电压、电池活化过
电位和电池欧姆过电位，单位为Ｖ。
电池开路电压由反应物与生成物之间能量平衡
求得，可由Ｎｅｒｎｓｔ方程计算
Ｅ一１．２２９—８．５×ｉ０－４（Ｔ一２９８．１５）＋
１
４．３０８ ５×１０一Ｔ［１ｎ（ｐＨ，）＋÷ｌｎ（夕ｑ）］， （４）
瑚
３，‘ ｛堇
毫 ！
２瑚
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０．２
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Ｏ．３
０．４
Ｏ
０．５
０．６ ０．６５
电流密度／Ａ·ｃｍｔ
图３不同电流密度对应的风扇转速
２．３ 散热器布置形式的影响 由于普通车用散热器的体积和散热面积有限，
为了满足系统散热要求，在燃料电池发动机热管理 系统设计中，可能采用多个散热器布置在系统中。 第１５页图４所示为串联和并联两种不同的热管理 系统布置形式。第１ ５页图５所示为水泵转速 ２ ０００ ｒ／ｍｉｎ时，上述热管理系统中风扇转速对电池 堆温度的影响。在风扇转速较低时，并联系统散热 效果优于串联￡风扇转速较大时，两种形式差别不 大。考虑到燃料电池发动机的效率，在两散热器并
模拟计算中热管理系统的部件性能参数主要取 自某６５ ｋＷ燃料电池发动机试验台采用的热管理 系统。该系统采用的水泵为轴流式，标定转速为 ２ ８２０ ｒ／ｍｉｎ；轴流式风扇，直径为０．４５ ｍ，标定转速
２ ０００ ｒ／ｍｉｎ，板翅式散热器总传热面积（Ａ。）约为 ９．２９ ｍ２，传热系数（Ｋ）为２２７ Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。 １．３ 边界条件
燃料电池发动机在实际运行中，改变输出功率 是通过改变电流密度来实现的。随着电流密度的改 变，电池堆发热功率也会有明显变化，需要对热管理 系统进行调节，以防止电池堆过热影响寿命和运行 安全或温度过低降低效率。水泵转速为２ ０００ ｒ／ ｍｉｎ时，电流密度从０．２０ Ａ／ｃｍ２增至０．６５ Ａ／ｃｍ２， 为保持电池堆温度在３４３ Ｋ，需按照图３所示的风 扇转速曲线进行调节。由图可知，在电流密度增大 的过程中，电池堆发热功率迅速提高，必须合理控制 风扇转速。
万方数据
车用发动机
２００６年第６期
垂；
嘶
三渤 ｛醚 蜥
蛩 墨 啪嘶 蒌
瑚娜蚕｜ 啪
５００
０．７０
ｌ ５００
２ ５００
３ ５００ ４ ０００
风扇转速／ｒ ｏｍｉｎｌ
ａ电池堆温度
０．６９
苗ｏ．６８
口 爱０．６７ 羽 虻 聃０．６６
Ｏ．６５
０．６４ ５００
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崧 诎５
鲻
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第６期（总第１６６期） ２００６年１２月
·电子控制·
车用发动机
ＶＥＨＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥ
Ｎｏ．６（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１６６） ＤｅＣ．２００６
车用燃料电池发动机热管理系统研究
陈 潇，汪茂海，张扬军，张钊
（清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室，北京 １０００８４）
摘要：建立了车用燃料电池发动机热管理系统模型，该模型能考虑系统类号：ＴＫ９１
文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１—２２２２（２００６）０６—００１２—０４
燃料电池发动机是燃料电池汽车设计研究与开 发的主要内容口］。热管理对燃料电池发动机的性 能、寿命和运行安全具有决定性影响，是燃料电池发 动机研究与开发的核心关键技术之一Ｅ２－４］。
燃料电池发动机热管理是从系统集成和整体的 角度控制并且优化燃料电池发动机的热量传递过 程，完善地管理并合理利用热能、冷却散热及节能降 耗，改善燃料电池发动机的性能［５］。
一
厶
式中，ＰＨ。为Ｈ。在阳极催化剂／气体界面处的分 压，单位为１０５ Ｐａ；Ｐ瓯为ｏ。在阴极催化剂／气体界 面处的分压，单位为１０５ Ｐａ；ＰＨ。和Ｐｏ。分别由阳极 和阴极进气压力计算得到，计算方法参见文献［１２］。 本研究在计算中阳极和阴极进气压力均为 ３×１０５ Ｐａ。电池活化过电位为［１们
啦。一＆＋岛Ｔ＋￡Ｔ［１ｎ（Ｃｏ。）］＋
＆Ｔ［１ｎ（ｉ·Ａ）］，
（５）
式中，Ｃ＆为阴极膜／气体界面处的Ｏ。浓度，单位为
ｍｏｌ／ｃｍ３；计算方法参见文献［Ｉｏ一１１］；经验参数ａ，
邑，岛和＆取值分别为一０．９４４×１０～，３．５４×１０～，
７．８×１０＿５和一１．９６×１０一。 欧姆过电位主要由质子交换膜及电池极板电阻
引起，与电流成正比
啪ＩｌＩｎ一一（ｉ·Ａ·Ｒ。ｂｎｌ），
燃料电池堆运行 时的发热功率为
散 热 器
图１燃料电池发动机热 管理系统
ｑ—Ｎ｛Ａ（一筹一Ｖｆｃ），
（１）
厶Ｉ’
式中，Ｎ为电池堆中的电池片数，本计算中为
６５０片；ｉ为电流密度，单位为Ａ／ｃｍ２；Ａ为电池活
化面积，单位为ｃｍ２；Ａｈ为单位反应产物（水蒸气）
的生成焓，一２４１ ８３０ Ｊ／ｍｏｌ；Ｆ为法拉第常数，
本研究模拟计算的边界条件为，流入风扇的空 气温度为２０℃，压力为１０５ Ｐａ。
２ 结果与分析
２．１ 热管理系统对燃料电池堆性能的影响 热管理系统通过影响燃料电池堆温度，对燃料
电池发动机的性能产生影响。热管理系统的运行参 数主要包括风扇转速和水泵转速。第１４页图２比 较了电流密度为０．５ Ａ／ｃｍ２时，不同水泵转速下， 风扇转速对于燃料电池堆温度、单片电池电压、发热 功率以及发动机效率的影响。本研究中将燃料电池 发动机效率定义为
（６）
式中，Ｒ妇为电池内电阻，单位为Ｑ。
Ｒ。ｈｒｎ一鑫＋＆Ｔ＋岛（ｉ·Ａ），
（７）
式中，经验参数鑫，岛和岛的取值分别为３．３０×
１０一３，一７．５５×１０—６和１．１×１０—６。 １．２ 部件模型
散热器模型采用传热单元数（ｅ—ＮＴＵ）法。 传热单元数为ＮＴＵ＝ＫＡ。／（缸。）岫；热容量
流率比为Ｃ一（施，）。ｉ。／（施。）。。；散热器的ｅ—
万方数据
２００６年１２月
陈潇，等：车用燃料电池发动机热管理系统研究
·
１５ ·
联形式下，热管理系统流动阻力减小，水泵功耗降 低，系统效率较高。因此，两散热器并联的形式散热 效果较好，且能够降低系统的功耗。
ｃ）采用双散热器并联式热管理系统布置，在散 热能力与节能方面均优于双散热器串联式。 参考文献：
［１］Ｙｏｋｏｙａｍａ Ｔ，Ｎａｇａｎｕｍａ Ｙ，Ｋｕｒｉｙａｍａ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｄｅ— ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｂｕｓ［Ｃ］］．ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ２００３－０１—
目前，大部分燃料电池热管理的研究只考虑散 热［６培］，而对系统内各部件相互影响的研究不多。 Ｚｈａｎｇ Ｙ．Ｊ．等人建立了燃料电池发动机的热管理 系统模型，分析了系统运行参数及参数间相互作用 对系统热性能的影响，但未考虑热管理系统对电堆 性能的影响［９］。
本研究建立了质子交换膜燃料电池发动机热管 理系统模型，考虑了热管理系统内各部件及其与燃 料电池堆性能相互作用；运用该模型对某６５ ｋＷ燃 料电池发动机试验台的热管理系统进行计算分析， 仿真计算基于一维流体系统分析软件ＦＬＯＷＭＡＳ—
图２水泵及风扇转速对燃料电池堆性能的影响
功率无显著影响，随着风扇转速的提高，水泵转速对 电池堆发热功率的影响逐渐增大。图２ｄ表明，随着 风扇和水泵转速的增加，燃料电池发动机的效率呈 下降趋势。
由上述分析可知，运行中如需调整电池堆温度， 应主要通过调节风扇转速实现；若仅在一定范围内 调节水泵转速，可能无法实现调节电池堆温度的目 标；若调节水泵转速至能够影响电池堆温度的范围， 又无法保证电池堆进出口水温温差在合理范围内。 此外，如持续提高水泵转速至一定数值以上，水泵转 速的提高只能增加热管理系统的功耗，造成能量损 失，降低发动机效率，却无法降低燃料电池堆温度。 ２．２ 燃料电池堆性能对热管理系统的影响
收稿日期：２００６—０４—２７；修回日期：２００６—１１—２３ 基金项目：国家８６３计划重大专项资金资助（２００３ＡＡ５０１１００） 作者简介：陈潇（１９８１一），女，辽宁省清原县人，硕士，主要研究方向为发动机流动与传热
万方数据
２００６年１２月
陈潇，等：车用燃料电池发动机热管理系统研究
试验结果拟合得到。考虑电化学反应机理可得电池 电压方程
ＴＥＲ２．
１ 热管理系统模型
燃料电池发动机的热管理系统由散热器、风扇、 水箱、水泵和管路等组成，与燃料电池堆相连接，以 去离子水为冷却工质。图１所示的燃料电池发动机 热管理系统模型中，燃料电池堆为唯一的热源，热能
通过流体网络传递；该 模型忽略了燃料电池 堆通过其他途径散出 的热量。首先建立各 部件模型，然后按照图 １的连接关系建立系统 模型。 １．１ 燃料电池堆模型
震
脚 组５
钇Ｏ
５００
５６
５４
５２ 孚
；５０
较 ４８
ｌ ５００
２ ５００
３ ５００ ４ ０００
风扇转速／ｒ·ｍｉｎ‘ ｂ单片电池电压
１ ５００
２ ５００